【導(dǎo)學(xué)案】2021年高中物理人教版必修二教師用書-6.7-《萬有引力與航天》整合與評(píng)價(jià)-配套練習(xí)

一、單項(xiàng)選擇題(本大題共6小題,每小題4分,共24分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)正確)1.2011年12月美國(guó)宇航局發(fā)布聲明宣布,通過開普勒太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目證明白太陽系外第一顆類似地球的、可適合居住的行星。該行星每290天環(huán)圍著一顆類似于太陽的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)一圈。若行星繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑可測(cè)量,引力常量G已知。依據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算的物理量有()。A.行星的質(zhì)量B.行星的密度C.恒星的質(zhì)量 D.恒星的密度【解析】已知行星繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期,可以估算的物理量是恒星的質(zhì)量,選項(xiàng)C正確?！敬鸢浮緾2.與“神舟八號(hào)”完成對(duì)接的我國(guó)首個(gè)空間試驗(yàn)室“天宮一號(hào)”,目前在周期約為1.5h的近地圓軌道上間續(xù)開展各項(xiàng)科學(xué)探測(cè)試驗(yàn);我國(guó)放射的“風(fēng)云一號(hào)”氣象衛(wèi)星,接受極地圓形軌道,軌道平面與赤道平面垂直,通過地球兩極,每12h繞地球運(yùn)行一周。下列說法正確的是()。A.“天宮一號(hào)”的速度和加速度均較大B.“風(fēng)云一號(hào)”的速度和加速度均較大C.“天宮一號(hào)”的速度較大,加速度較小D.“風(fēng)云一號(hào)”的速度較大,加速度較小【解析】由于“風(fēng)云一號(hào)”在軌道上運(yùn)行的周期大于“天宮一號(hào)”,軌道半徑大,所以“風(fēng)云一號(hào)”在軌道上運(yùn)行的速度小于“天宮一號(hào)”在軌道上運(yùn)行的速度;由于“天宮一號(hào)”的軌道半徑較小,和“風(fēng)云一號(hào)”相比,“天宮一號(hào)”的向心加速度更大。【答案】A3.月球與地球質(zhì)量之比約為1∶80,有爭(zhēng)辯者認(rèn)為月球和地球可視為一個(gè)由兩質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的雙星系統(tǒng),它們都圍繞月地連線上的某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。據(jù)此觀點(diǎn),可知月球與地球繞O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的線速度大小之比約為()。A.1∶6400B.1∶80C.80∶1D.6400∶1【解析】月球和地球構(gòu)成的雙星系統(tǒng)繞某點(diǎn)O做勻速圓周運(yùn)動(dòng),彼此間的萬有引力供應(yīng)向心力。由G=mωv得==,正確選項(xiàng)是C。【答案】C4.如圖所示,在同一軌道平面上的三個(gè)人造地球衛(wèi)星A、B、C在某一時(shí)刻恰好在同始終線上,下列說法正確的有()。A.依據(jù)v=,可知vA<vB<vCB.依據(jù)萬有引力定律F=,FA>FB>FCC.向心加速度aA>aB>aCD.運(yùn)動(dòng)一周后,C先回到原地點(diǎn)【解析】由=m=ma可得:v=,故vA>vB>vC,不行用v=比較v的大小,因衛(wèi)星所在處的g不同,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由a=,可得aA>aB>aC,選項(xiàng)C正確;萬有引力F=,但不知各衛(wèi)星的質(zhì)量大小關(guān)系,無法比較FA、FB、FC的大小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由T=可知,C的周期最大,最晚回到原地點(diǎn),故D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緾5.為紀(jì)念伽利略將望遠(yuǎn)鏡用于天文觀測(cè)400周年,2009年被定為以“探究我的宇宙”為主題的國(guó)際天文年。我國(guó)放射的“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星繞月球經(jīng)過一年多的運(yùn)行,完成了預(yù)定任務(wù),于2009年3月1日16時(shí)13分成功撞月。圖示為“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星撞月的模擬圖,衛(wèi)星在把握點(diǎn)①開頭進(jìn)入撞月軌道。假設(shè)衛(wèi)星繞月球做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R,周期為T,引力常量為G。依據(jù)題中信息,A.可以求出月球的質(zhì)量B.可以求出月球?qū)Α版隙鹨惶?hào)”衛(wèi)星的引力C.“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星在把握點(diǎn)①處應(yīng)加速D.“嫦娥一號(hào)”在地面的放射速度大于11.2km/s【解析】由=mR可得月球質(zhì)量M=,A選項(xiàng)正確;但因不知“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星的質(zhì)量,無法求出月球?qū)Α版隙鹨惶?hào)”的引力,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;“嫦娥一號(hào)”從把握點(diǎn)①處開頭做向心運(yùn)動(dòng),應(yīng)在把握點(diǎn)①處減速,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;“嫦娥一號(hào)”最終未脫離地球束縛和月球一起繞地球運(yùn)動(dòng),因此在地面的放射速度小于11.2km【答案】A6.地球赤道上的物體重力加速度為g,物體在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a,要使赤道上的物體“飄”起來,則地球的轉(zhuǎn)速應(yīng)為原來的()。A.倍 B.倍C.倍 D.倍【解析】因原來的向心加速度為a,設(shè)原來的角速度為ω0,赤道半徑為R,則赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí),有-FN=mR=ma,其中FN=mg;當(dāng)赤道上的物體“飄”起來時(shí),=mω2R,即mg+ma=mω2R;=。B正確。【答案】B二、多項(xiàng)選擇題(本大題共4小題,每小題6分,共24分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中至少有兩個(gè)選項(xiàng)正確,全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分)7.地球同步衛(wèi)星離地心的距離為r,運(yùn)行速率為v1,加速度為a1,地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a2,第一宇宙速度為v2,地球半徑為R,則下列比例關(guān)系正確的是()。A.= B.=()2C.= D.=【解析】a1=r,a2=R,又依據(jù)題意可知ω1=ω2,=,A正確。由于v1=,第一宇宙速度v2=,=,D正確?！敬鸢浮緼D8.我國(guó)于2010年11月1日成功將第6顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空,估計(jì)在2021年建成由30多顆衛(wèi)星組成的“北斗二號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),此系統(tǒng)由中軌道、高軌道和同步軌道衛(wèi)星等組成?，F(xiàn)在正在服役的“北斗一號(hào)”衛(wèi)星定位系統(tǒng)的三顆衛(wèi)星都定位在距地面36000km的地球同步軌道上。而美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GPS)由24顆衛(wèi)星組成,這些衛(wèi)星距地面的高度均為20000kmA.“北斗一號(hào)”系統(tǒng)中的三顆衛(wèi)星的質(zhì)量必需相等B.GPS的衛(wèi)星比“北斗一號(hào)”的衛(wèi)星周期短C.“北斗二號(hào)”中的每顆衛(wèi)星肯定比“北斗一號(hào)”中的每顆衛(wèi)星的加速度大D.“北斗二號(hào)”中低軌道衛(wèi)星的線速度大于高軌道衛(wèi)星的線速度【解析】衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑與質(zhì)量無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由G=mr可知軌道半徑越大,周期越大,選項(xiàng)B正確;“北斗二號(hào)”中的同步衛(wèi)星與“北斗一號(hào)”中的衛(wèi)星加速度相同,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由G=m得v=,所以軌道半徑越小,衛(wèi)星的線速度越大,選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮緽D9.2009年10月,美國(guó)的“半人馬座”火箭以9000km的時(shí)速撞向月球,原先設(shè)想應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生高達(dá)10km的塵埃,而實(shí)際撞擊揚(yáng)起的塵埃高度只有1.6km。若航天飛行把握中心測(cè)得火箭在離月球表面176km的圓軌道上運(yùn)行的周期為T1=125min?；鸺冘壓?在近月(高度不計(jì))圓軌道上運(yùn)行的周期為T2=107.8min,且塵埃在空中只受月球的引力,則可以估算出(A.月球半徑R B.月球表面重力加速度gC.空中塵埃存在的時(shí)間 D.引力常量G【解析】由萬有引力供應(yīng)向心力可得:G=m(R+h),G=mR,綜合以上兩式可得:=,故可求出月球半徑;而月球表面的重力加速度為:g=R。上升的塵?？烧J(rèn)為做豎直上拋運(yùn)動(dòng),故H=g,所以空中塵埃存在的時(shí)間:t=2t下。綜上所述只有D項(xiàng)引力常量無法求出?！敬鸢浮緼BC10.一行星繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)。由天文觀測(cè)可得,其運(yùn)行周期為T,速度為v。引力常量為G,則下列說法正確的是()。A.恒星的質(zhì)量為B.行星的質(zhì)量為C.行星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為D.行星運(yùn)動(dòng)的加速度為【解析】由==mr得M==,A對(duì);無法計(jì)算行星的質(zhì)量,B錯(cuò);r===,C對(duì);a=ω2r=ωv=v,D對(duì)?！敬鸢浮緼CD三、填空與試驗(yàn)題(本大題共2小題,共12分)11.(4分)已知火星的半徑約為地球半徑的,火星質(zhì)量約為地球質(zhì)量的。若一物體在地球表面所受重力比它在火星表面所受重力大49N,則這個(gè)物體的質(zhì)量是kg。(g取9.8m/s【解析】由題意知m0g1=m0g2+49,同時(shí)G=mg,可得=,代入可知m0=【答案】912.(8分)一宇宙飛船飛近某一行星并進(jìn)入靠近行星表面的圓形軌道,繞行數(shù)圈后著陸在該行星上。宇宙飛船上備有以下試驗(yàn)儀器:秒表、彈簧測(cè)力計(jì)、天平、砝碼、刻度尺。已知宇航員在繞行時(shí)和著陸后各做了一次測(cè)量,依據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)可以求出該星球的質(zhì)量M、密度ρ及半徑R(已知引力常量G),則兩次測(cè)量所選用的器材是,兩次測(cè)量的物理量分別是和,由測(cè)量的量可得該星球的質(zhì)量M=,該星球的密度ρ=,該星球的半徑R=?！窘馕觥坑詈絾T用秒表測(cè)出宇宙飛船在近行星表面的圓形軌道上運(yùn)行的周期T,著陸后用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出砝碼在行星表面的重力F(砝碼質(zhì)量為m是已知的)。宇宙飛船在近行星表面軌道上運(yùn)行時(shí),萬有引力供應(yīng)向心力,而萬有引力約等于重力,故F=mR()2,可得該星球的半徑R=再由g==R()2可得M=代入可得該星球的質(zhì)量M=;再由上式及密度公式可得該星球的密度ρ==?！敬鸢浮棵氡?、彈簧測(cè)力計(jì)飛船在星球表面運(yùn)行的周期T砝碼在星球表面的重力F四、計(jì)算題(本大題共3小題,共40分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最終答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必需明確寫出數(shù)值和單位)13.(12分)一艘宇宙飛船圍著某行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng),已知運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r,周期為T,引力常量為G,行星半徑為R。求:(1)行星的質(zhì)量M。(2)行星表面的重力加速度g。(3)行星的第一宇宙速度v。【解析】(1)行星對(duì)飛船的萬有引力供應(yīng)飛船所需的向心力:G=m()2r,M=。(2)在行星表面有mg=,g==·=。(3)衛(wèi)星以第一宇宙速度繞行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)=m',v===?！敬鸢浮?1)(2)(3)14.(14分)“神舟八號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器在2011年11月3日凌晨1時(shí)36甲乙(1)圖甲為“神舟八號(hào)”的示意圖,P1、P2、P3、P4是四個(gè)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)開動(dòng)時(shí),都能向“神舟八號(hào)”供應(yīng)推力,但不會(huì)使其轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”在同一軌道上運(yùn)行,相距30m停靠(相對(duì)靜止)時(shí),若僅開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)P1使“神舟八號(hào)”瞬間獲得大于“天宮一號(hào)”的運(yùn)行速度,則它們能否實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接?(填“能”或“不能”)。(2)若地球表面的重力加速度為g,地球半徑為R,組合體運(yùn)行的圓軌道距地面的高度為h,那么,組合體繞地球運(yùn)行的周期是多少?【解析】(1)不能。若“神舟八號(hào)”瞬間被加速,依據(jù)F=可知,其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力增大,而其受到的地球的萬有引力不變,所以萬有引力小于向心力,“神舟八號(hào)”將做離心運(yùn)動(dòng),它們不行能實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。(2)設(shè)結(jié)合體繞地球運(yùn)行的周期為T,依據(jù)萬有引力定律和牛頓其次定律得:G=m(R+h)物體在地球表面上受到的萬有引力近似等于物體受到的重力,即G=mg聯(lián)立解得:T=?！敬鸢浮?1)不能(2)15.(14分)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)展,廣寒宮中的嫦娥不再孤獨(dú)?????,古老的月球即將留下中華兒女的腳印?????。航天飛機(jī)將作為能來回于地球與太空、可以重復(fù)使用的太空飛行器,備受人們的寵愛。宇航員現(xiàn)欲乘航天飛機(jī)對(duì)在距月球表面高h(yuǎn)處的圓軌道上運(yùn)行的月球衛(wèi)星進(jìn)行修理。試依據(jù)你所學(xué)的學(xué)問回答下列問題:(1)修理衛(wèi)星時(shí)航天飛機(jī)的速度應(yīng)為多大?(2)已